無線隨鉆測量儀器故障分析

李俊勝

（西部鉆探定向井技術服務公司，新疆 克拉瑪依 834000）

隨著科技的進步，無線隨鉆測量儀器在數據多樣性、準確率，以及儀器的穩定性、可靠性等方面都取得了一定的進步，但受地層特性、鉆井設備性能、泥漿性能、操作人員素質、儀器老化等制約因素影響，儀器故障在非常規水平井施工中還是頻繁出現，成為影響水平井施工進度、制約鉆井提速的重要因素。同時，也制約了水平井施工的降本增效和推廣應用，因此，對儀器故障進行分析研究，并提出相應的解決方案尤為重要。

1 常見儀器故障原因分析

通過對某公司2020年儀器故障的統計分析可以看出（表1），總故障次數275次，儀器自身故障91次，占比33.09%，儀器被堵卡69次，占比25.09%，儀器被沖蝕21次，占比7.64%，儀器退鍵29次，占比10.55%，環境原因22次，占比8%。

表1 某公司2020年儀器故障統計表

1.1 儀器無脈沖信號

主要表現為儀器在下鉆或鉆進中，在排量、泵壓等參數正常情況下，地面接收器接收不到儀器脈沖信號或脈沖信號消失。造成儀器故障的主要原因是儀器自身出現故障和外部條件影響。

1.1.1 儀器自身故障

（1）脈沖器模塊出現故障，脈沖發生器不工作；

（2）脈沖發生器保養不及時、充油有氣泡造成油囊起泡，導致脈沖信號逐步消失；

（3）裝配時間隙過小、偏心或垂直度不夠，蘑菇頭承壓大，撞擊破碎；

（4）壓力傳感器損壞或堵塞，接收不到井下信號或信號無法傳輸；

（5）地面接收器出現故障，接收不到信號或無法正常解碼。

1.1.2 外部條件影響

（1）鉆井液粘度過高，脈沖信號衰減嚴重，無法有效傳輸到地面；

（2）巖屑或硬物進入卡死，或造成偏心撞擊導致蘑茹頭/限流環被撞碎；

（3）脈沖器膠囊被鉆井液異物刺破。

1.2 能夠接收到脈沖信號，但無法正常解碼

鉆進排量、泵壓等參數值正常，地面能接收到井下脈沖信號，但雜波干擾，無法正常解碼。

1.2.1 儀器自身出現故障探管損壞編碼出現問題或脈沖、電路出現問題等，脈沖波形不正常，出現丟波、漏波等。

1.2.2 外部條件影響

（1）鉆井液中的氣泡含量多，造成脈沖信號不連續；

（2）泵工作不平穩，泵缸套或活塞、高壓管匯閘門刺漏或有劃痕等產生噪音，電磁的干擾等；

（3）鉆井液循環不均勻，脈沖波形異常或不連續。

1.3 儀器脈沖器發電部位轉子卡死

在鉆進過程中，儀器脈沖信號逐漸變弱，持續一段時間后無信號或無法解碼。

1.3.1 儀器自身出現的故障

自身原因造成轉子卡死極少遇見，若出現類似問題，就是定轉子的裝配上出問題。

1.3.2 外部條件影響

（1）鉆井液中有害固相含量多、巖屑砂粒攜帶入井，硬物將轉子卡死或砂子顆粒在轉子內將轉子卡死，無法發電供電，導致脈沖器不工作；

（2）鉆井液加處理劑時，袋子的編織物混入鉆井液，編織物或絮狀物纏繞轉子，導致轉子卡死，導致脈沖器不能正常工作；

（3）鉆井液中含有磁性物質，吸附在轉子的轉動部分，造成轉子被卡死。

1.4 儀器脈沖信號不穩定

在鉆進過程中，儀器脈沖信號時有時無、不穩定，脈沖信號的波形幅值偏底，解碼困難。

1.4.1 儀器自身故障

（1）儀器脈沖器的配置與實際排量參數配比不合適，脈沖發生器時工作、時工作，脈沖信號間斷有，無法正常解碼；

（2）儀器脈沖內部模塊故障，脈沖器工作不正常。

1.4.2 外部條件影響

（1）循環排量不穩定，部分排量不在脈沖配置設定范圍；

（2）鉆井液中的砂粒嵌入轉子轉動間隙內，但沒有完全卡死，帶來脈沖器信號不穩定；

（3）脈沖器配置出現問題，脈沖信號偏弱，入井后，特別是井深后，地面接收脈沖信號幅值很低，解碼困難。

1.5 電池及模塊插接件故障

間斷性出波、丟波或無波，正常出波時解碼電池電壓值低。

儀器自身原因：

（1）儀器電池電源耗盡;

（2）電源中斷問題，電池減震器的固定出現松動，插接件接觸不良，出現斷開又閉合、完全斷開等現象。

1.6 脫鍵故障（座鍵式儀器）

下鉆中途測試或正常鉆進時，儀器脈沖波幅低或無信號波，或接單根前儀器正常，接完單根后開泵無脈沖信號。

1.6.1 儀器自身原因

未使用防退鍵循環套和引鞋。

1.6.2 外部條件影響

（1）下鉆未及時灌漿，因鉆具內外壓差影響，鉆具水眼內鉆井液上頂，造成井下儀器串從循環套內退出，無法形成脈沖信號;

（2）下鉆速度過快，鉆具水眼內鉆井液上頂，造成井下儀器串從循環套內退出，無法形成脈沖信號;

（3）開泵速度過快，激動壓力將儀器串頂出循環套。

1.7 電阻率失聯

電阻率、伽馬一直出現固定值，或實時電阻率、伽馬曲線表現為一條直線。

儀器自身原因：

（1）LWD與MWD通訊中斷，LWD短節與懸掛短節內的MWD儀器串通訊中斷，PCD探管接收不到下部LWD短節傳送的電阻率、伽馬數據，只能向地面傳送一個固定數據;

（2）井下LWD供電系統故障，LWD電池電量耗盡，LWD系統無法工作;

（3）LWD短節內部模塊出現短路或斷路，LWD不工作。

1.8 電阻率極值

測量電阻率出現極值。在上傳的實時數據中，電阻率出現不連續的2000Ω·m極值。

1.8.1 儀器自身原因

井下LWD儀器測量模塊出現故障，測量數據失真。

1.8.2 外部條件影響

地層原因造成，電阻率測量的地層內部含有高阻值的夾層或離散的雜質時，就會出現這種現象。鉆過該地層，進入勻質地層后，電阻率就會正常。

1.9 電阻率定值

測量伽馬數值正常，電阻率深淺數值不發生變化；伽馬數值與電阻率深淺數值均不發生變化。

儀器自身原因：

（1）地面解碼設備故障，無法正常解碼;

（2）電阻率模塊故障，電阻率本體、天線處密封失效，電阻率、探管通訊失效;

（3）電阻率供電電壓異常。

2 儀器故障管控

2.1 做好儀器維修保養

（1）精細做好儀器維修、保養與配置，及入井前的檢查；

（2）按規定時間及時對儀器探管校驗；保障儀器的維修質量，入井前嚴格規范檢查、測試；

（3）在脈沖器組裝時，要嚴格規范操作，嚴格控制組配間隙；

（4）電池組裝前進行測試和激活，激活電壓小于26V不得使用；

（5）電池組裝時，認真檢查電池筒相關部件，發現燒蝕、針孔變形或缺陷者及時更換，并對插接件進行周期更換，避免出現接觸不良問題。對入井設備進行單獨測試，入井之前對電阻率各設備進行聯調測試。

2.2 提高設備配套水平

（1）泵工作平穩，上水良好，泵、高壓管匯內光潔；電線線路不要與儀器傳輸線布在一起；

（2）保證固控設備的完好與開動率，振動篩篩布大于200目；立管濾子趟鉆清洗，鉆桿濾子一單根一清洗，確保鉆井液的清潔。

2.3 強化儀器入井環境管控

（1）做好鉆井液凈化工作，保證鉆井液清潔；

（2）鉆井液循環均勻，添加鉆井液添加劑時，相關各方做好溝通協調；

（3）鉆井液氣泡多時，及時消泡；

（4）鉆井液加料和處理劑時，不要將編織袋等雜物混入鉆井液中；

（5）做好鉆井液加料的檢驗，含有磁性的處理劑或加重料不要加入；若加入，要在鉆井液出口處放置強磁鐵進行清除。

2.4 加強儀器使用過程管控

（1）儀器的配置要充分了解作業井的情況，如：排量、密度、井溫、泥漿類型、垂深等參數，以便于優化、規范儀器配置；

（2）鉆進過程中，保障穩定的鉆井參數，特別是循環排量的控制；

（3）施工過程中嚴格控制鉆井液性能及含砂量。

3 結束語

伴隨石油鉆井工藝的不斷發展，鉆井隨鉆測量技術取得了飛速發展，針對鉆井需求的多樣化，隨鉆測量儀器在測量方式、測量參數、適用環境等方面都趨于多樣化，儀器井下工作的穩定性也不斷提高，但是，由于石油鉆井不斷轉向深層、復雜地層、非常規地層，隨鉆測量儀器井下工作環境更加復雜，工作條件更加惡劣，這也導致了隨鉆測量儀器在施工過程中可能發生故障，由于儀器種類眾多，作業環境也千差萬別，因此，儀器故障成因復雜，可能是單一的原因造成儀器故障，也可能是多種因素共同作業造成的儀器故障，儀器故障原因更加復雜，故障管控的難度更大，只有通過儀器維護保養、運輸、儀器入井評估、儀器使用過程等不同階段的管控，形成一個閉環管理系統，才能有效降低儀器故障率。提高定向施工作業效率。